長短樁復(fù)合地基沉降控制研究

詹祥元

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南714000）

近年來，復(fù)合地基已發(fā)展成為一種重要的地基處理手段，而在復(fù)合地基的應(yīng)用中，長短樁復(fù)合地基的應(yīng)用有其獨(dú)特的優(yōu)勢，因為被工程界廣發(fā)關(guān)注，管自立［1］通過試驗研究了疏化樁基設(shè)計時單樁承載力與群樁設(shè)計時單樁承載力的不同。褚航［2］的研究結(jié)果表明：復(fù)合地基設(shè)計中存在一個臨界樁長，當(dāng)復(fù)合地基中樁長超過臨界樁長時，樁長對地基承載力和變形的影響均不明顯。文獻(xiàn)［3］的研究表明：長短樁復(fù)合地基能較好地發(fā)揮地基土體和增強(qiáng)土體的承載力潛力。工程上一般對地基淺層土的承載力要求較高，對深部土層的承載力要求較低，而長短樁復(fù)合地基可做到淺層置換率高，深部置換率低，這樣就合理地滿足了軟弱地基不同深度對承載力的要求。因此在長短樁復(fù)合地基設(shè)計中，地基變形的控制就成為確定地基處理成功與否的關(guān)鍵。

1 長短樁的布置形式

長短樁復(fù)合地基是指地基處理中長樁和短樁相間布置形成的復(fù)合地基，其布置形式有四周長中間短、四周短中間長以及長短相間3種方式（如圖1所示），葛忻聲、龔曉南［4－5］的研究表明，以上幾種形式的布置所形成的復(fù)合地基，其總沉降量與上部結(jié)構(gòu)的剛度有關(guān)，上部結(jié)構(gòu)剛度較大時，四周長中間短的布置形式沉降量較小，實踐應(yīng)用中長采用長短相間的布置形式。本文的研究以長短相間的布置方式為研究對象。

圖1 長短樁布置形式

2 沉降計算方法

在復(fù)合地基沉降計算中，通常把復(fù)合地基沉降分為2部分，復(fù)合地基加固區(qū)壓量和下臥層壓縮量，復(fù)合地基加固區(qū)的壓縮量記S1，地基壓縮層厚度內(nèi)加固區(qū)下臥層厚度為S3，其壓縮量記S2。則荷載作用下復(fù)合地基總沉降量S可表示為：S＝S1＋S2，而對于長短樁復(fù)合地基，由于其加固體內(nèi)樁長不同，如圖2所示，其變形則可表示為：

式中：S1——長短樁共同加固區(qū)的壓縮量；

S2——長樁加固區(qū)的壓縮量；

S3——下臥層壓縮量。

圖2 長短樁復(fù)合地基

若復(fù)合地基設(shè)置有墊層，則復(fù)合地基總沉降量還應(yīng)加上墊層的沉降量，但由于墊層的壓縮量在施工過程中接近于完成，后期沉降一般都很小，在計算復(fù)合地基沉降時，一般不考慮墊層的沉降量。

對于長短樁復(fù)合地基的加固區(qū)沉降計算，目前常采用復(fù)合模量法：即將復(fù)合地基中的加固體和地基土視為一個復(fù)合體，用復(fù)合體的剛度來計算復(fù)合體加固區(qū)的沉降變形，具體操作用中，可根據(jù)土體性質(zhì)的變化和樁長的變化將復(fù)合加固體分為若干層，然后按照分層總和法來計算加固區(qū)的沉降，則S1或S2可表示為：

式中：Δpi—— 為第i層復(fù)合土體上附加應(yīng)力增加量；

Hi——為第i層復(fù)合土體的厚度；

Ecsi——為第i層復(fù)合土體的復(fù)合壓縮模量。

豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基復(fù)合土壓縮模量Ecs，通常采用面積加權(quán)平均值法來計算：

式中：Eps——樁體壓模模量；

Ess——樁間土體壓模模量；

m——復(fù)合地基置換率。

目前對于下臥層的沉降計算，一般都是采用分層總和法，即：

從以上公式分析可知，隨著深度的增加，地基復(fù)合剛度逐步減小，也就是說長短樁復(fù)合地基沉降量主要有后兩部分控制，同時，由于上部荷載對地基淺層承載力的要求較高，短樁加固區(qū)在滿足承載力設(shè)計的條件下，其變形可以通過調(diào)整樁體剛度或改變置換率來控制。

3 沉降優(yōu)化設(shè)計

在進(jìn)行復(fù)合地基設(shè)計時，由樁體復(fù)合地基承載力公式可知，提高樁的承載力和提高復(fù)合地基置換率均可有效提高復(fù)合地基承載力。減小軟弱下臥層壓縮量的最有效方法是加深復(fù)合地基的加固區(qū)深度，減小軟弱下臥層的厚度。增加復(fù)合地基置換率和增加樁體剛度可以使復(fù)合地基加固區(qū)的壓縮量進(jìn)一步減小。

由此，長短樁復(fù)合地基沉降優(yōu)化設(shè)計思路可按以下方式進(jìn)行：根據(jù)場地工程地質(zhì)條件和荷載情況，初步采用復(fù)合地基加固區(qū)范圍、置換率和樁體強(qiáng)度要滿足復(fù)合地基承載力的設(shè)計要求。在滿足復(fù)合地基承載力設(shè)計要求的前提下，調(diào)整長樁長度，增加復(fù)合地基長樁加固區(qū)深度，有效減小下臥層地基沉降。然后根據(jù)地層情況和樁體剛度，調(diào)整短樁長度，通過選擇合理的長短樁長度比來控制中間加固區(qū)的沉降。

4 結(jié)語

長短樁復(fù)合地基沉降控制，樁體剛度，長樁長度，長短樁長度比，樁體置換率都是影響復(fù)合地基沉降的因素。在進(jìn)行沉降控制設(shè)計時，在滿足地基承載力的條件下，長樁長度和長短樁長度比是影響復(fù)合地基總沉降的關(guān)鍵。優(yōu)化設(shè)計時要根據(jù)地質(zhì)條件和施工方案來選擇合理的長樁長度和長短樁長度比。

［1］管自立.疏樁基礎(chǔ)設(shè)計實例分析與探討（一）［J］.建筑結(jié)構(gòu)，1993（10）：26－31.

［2］褚航.復(fù)合樁基共同作用分析［D］.杭州：浙江大學(xué)，2003.73－75.

［3］龔曉南.復(fù)合地基理論及工程應(yīng)用［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002：12－15.

［4］楊軍龍，龔曉南，孫邦臣.長短樁復(fù)合地基沉降計算方法探討［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2002，32（7）：8－10.

［5］葛忻聲，龔曉南，張先明.長短樁復(fù)合地基設(shè)計計算方法的探討［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2002，32（7）：3－4.